城市污泥处理处置技术研究进展

摘要：随着污水处理能力及处理率的快速增长城市污泥的产量迅速增加；并且污泥成分复杂较难处理，同时也是有用的生物资源，如能合理利用则不仅能变废为宝，还能增加经济效益，如何有效的处理和利用城市污泥已成为人们所关注的问题。本文系统分析了城市污泥的处理处置技术，并结合我国国情对污泥处理处置发展趋势进行了展望。

关键词：城市污泥，处理处置，干化，资源化

中图分类号：TU992文献标识码： A

Progress of the Sewage Sludge Treatment and Disposal Techniques

Gao Xinghua

（CECEP Water Development Co.,LTD ，BeiJing，100082）

Abstract: With the rapid increase of sewage treatment capacity and treatment rate, sewage sludge production increased rapidly. The components of the sludge is complicated and difficult, but also useful biological resources, if can reasonable use not only can change waste into treasure, but also increase the economic benefits, how effective the treatment and utilization of city sludge has become the focus of attention. This paper systematically analyzes the sewage sludge disposal technology, and combining with the situation of our country has carried on the forecast to the development trend of sludge treatment and disposal.

Keyword: sewage sludge; treatment and disposal technologies; drying; resources

随着污水处理设施的大量兴建以及污水处理量、处理率的大幅提高，污泥作为污水处理的副产物，产生量也日益庞大，其对生态环境造成的负面影响逐渐引起了世界的关注，污泥的处理处置问题也成为了各国污水处理的沉重负担。根据住建部资料显示，截止到2009年年底，全国城镇污水处理量达到280亿立方米，湿污泥（含水率80%）产生量突破2000万吨，有超过一半以上的污泥未经过任何稳定化处理即运出污水处理厂，45%的污泥被无控制的农用，35%的污泥直接填埋或者混合填埋，14%的污泥未经过任何处置措施。污泥的成分很复杂，除含有大量的水分外，还含有难降解的有机物、重金属和盐类，以及病原微生物和寄生虫卵等，如不加妥善处理和处置，直接排放会给环境带来严重的二次污染，甚至危害人类及动物的健康。据资料介绍[1]，一个城市污水处理厂每天产生的污泥量占污水处理量的0.5%~1.0%（体积分数），但是污泥处理费用却与污水处理相当甚至更高。由此可见，如何将产量巨大，成分复杂的污泥，通过经济有效地处理处置，使其无害化、资源化，已成为污水处理厂亟待解决的问题之一。

无论是国内还是国外，污泥的处理与处置与其它废物的处理一样，皆是以减量化、稳定化、无害化、资源化为目的。常用的主要处理处置方法有：堆肥、稳定化、填埋、焚烧、干化、碳化、氧化等处理方法。本文就污泥处理处置技术研究进展进行综述。

1 污泥处理处置技术

1. 1堆肥

堆肥是在污泥中加入一定比例的膨松剂和调理剂（如秸杆、稻草、木屑或生活垃圾等），利用微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为CH4、CO2、热量和腐殖质的过程[2]。实践证明用污泥作为肥料使用，能够改善土壤结构，增加土壤肥力，促进作物的生长。堆肥技术是污泥进行稳定化、无害化处理的主要方式之一，也是农业利用的有效途径[3]。

由于污泥中不仅有丰富的有机物和植物养分，同时也含有大量的重金属、有毒有害的难降解有机物质，为了控制影响公众健康安全的因素与防止二次污染，国家制定有堆肥的质量标准、污泥控制标准及污泥农用控制指标。

1. 2污泥稳定化

1.2.1好氧消化

好氧消化污泥出现于50年代[4]，是指在有氧条件下，好氧微生物使污泥中的有机物进行生物降解和稳定的过程。包括两种具体的方法：不加热的好氧消化和自然好氧消化。前者反应温度低（常温），所需时间长约20d；后者的反应温度较高（可达40℃~70℃），反应速度快，在这样的高温下可以杀灭部分病原菌。

1.2.2厌氧消化

厌氧消化，即在无氧的条件下，由兼性菌及专性厌氧细菌降解有机物，最终产物是二氧化碳和甲烷气，使污泥得到稳定[5]，与好氧消化相比厌氧消化操作的最大特点在于它要求在专门的密闭厌氧池中进行，所以对设备的性能要求较高，根据反应采用的温度范围，厌氧消化可分为：低温消化（20℃）、中温消化（30℃~37℃）和高温消化（45℃~55℃）。因生物反应与温度成正比关系，所以三种消化的速度随温度的升高而加快[6]。

1.2.3碱性稳定化

碱性稳定化是在污泥中加入石灰、水泥窑灰或飞灰等碱性物质，使污泥pH值大于12，并保持一段时间，利用强碱性和石灰放出大量的热杀灭病原体、降低恶臭和钝化重金属，处理后污泥可直接施用于农田。碱性稳定化的两个主要处理方法是N-ViroSoil和Agri-Soil方法。前者是在碱性稳定后通过机械翻堆或其他方法使污泥快速干燥，后者则是在混合碱性物料后进行堆肥。

1.3焚烧

焚烧是利用污泥中丰富的生物能发热，使污泥达到最大程度的减量（减量率可达到95％左右）。焚烧过程中，所有的病菌病原体被彻底杀灭，有毒有害的有机残余物被热氧化分解。焚烧所释放的热量可回收利用，实现污泥的资源化利用。焚烧灰可用作生产水泥等建材的原料，使重金属被固定在混凝土中，避免其重新进入环境。

目前应用最广的焚烧设备是流化床焚烧炉，当污泥的含水率达到38%以上时就可不需要辅助燃料直接燃烧，污泥焚烧在日本和欧美较为普遍，在欧盟，1992年污泥焚烧的比例为11%，比1984年增加了38%；日本有61%的污泥采用焚烧处理。

1.4热干化

热干化是利用热能将污泥烘干，干化后的污泥呈颗粒或粉末状，体积仅为原来的1/5～1/4，而且由于含水率在10%以下微生物活性完全受到抑制而避免了产品发霉发臭，利于储藏和运输[7]。20世纪90年代，污泥热干化在美国得到迅速发展[8]，2000年世界干污泥产量已是1990年的10倍。干化后的污泥根据污泥性质及成份指标可以用作肥料、土壤改良剂、替代能源、建筑材料等[9]。

热干化按加热方式可分为直接干化和间接干化，其中有代表性的是欧洲最大的污泥直接干化厂――英国的Bransands(可蒸发水量为7×5000kg/h)以及世界最大的间接干化厂――西班牙的巴塞罗那(可蒸发水量为4×5000kg/h)。国内的大连、秦皇岛和徐州等地也开展了污泥热干化生产的研究，都采用直接干化方式。

1.5湿式氧化法

湿式氧化法是在高温（125℃~320℃）和高压（0.5~20MPa）条件下压入空气，将污泥中大部分的有机物质和还原性无机物氧化成CO2和H2O及少量固体残渣[10]。湿式氧化法主要适用于处理各种难降解的有机污泥，但需要较高温度（159℃~370℃）和一定压力，在300℃以上并氧化30min后，污泥中82%的有机物被降解，70%以上的MLSS被去除。目前，有50%以上的湿式氧化装置应用于剩余污泥的处理[11]。

1.6污泥的碳化技术

污泥碳化技术是通过一定的手段，使污泥中的水分释放出来，同时又最大限度地保留污泥中的碳值，使最终产物中的碳含量大幅提高的过程。污泥碳化主要分为三种。

高温碳化，即碳化时不加压，温度为649―982℃。先将污泥干化至含水率约30％，然后进入碳化炉高温碳化造粒。碳化颗粒可以作为低级燃料使用，其热值约为8 360―12 540 kJ／kg(日本或美国)。技术上较为成熟的公司包括日本的荏原、三菱重工、巴工业以及美国的IES等。

中温碳化，即碳化时不加压，温度为426―537℃。先将污泥干化至含水率约90％，然后进入碳化炉分解。工艺中产生油、反应水(蒸汽冷凝水)、沼气(未冷凝的空气)和固体碳化物，碳化生成的油(质量上类似于中号燃料油)还可用来发电。该技术的代表为澳大利亚ESI公司。该公司在澳洲建设了1座100t/d的处理厂。

低温碳化，即碳化前无需干化，碳化时加压至6-8 MPa，碳化温度为315℃，碳化后的污泥成液态，脱水后的含水率50％以下，经干化造粒后可作为低级燃料使用，其热值约为15 048～20 482 kJ/kg(美国)。

1.7其他污泥处理处置技术

随着环保力度的加强和人们对已有污泥处理处置技术局限性的进一步认识，世界各国都在投入重金研发新技术，争取找到更经济、更合理的污泥处理方案。

1.7.1超声波处理技术

超声波污泥处理技术[12]是利用超声波对污泥不断地进行压缩和膨胀，使内部可产生气穴泡，且不断成长并最终共振“内爆”产生超高温(5000℃)、高压(500 bar)，同时产生的强力水喷射流形成巨大的水力剪切力，对污泥絮体结构与污泥中微生物细胞壁产生巨大的破坏，使细胞质和酶从细胞中溶出，使污泥的物理、化学和生物性质发生不同程度的改变，从而有利于污泥处置。超声波发挥作用的目标主要是污泥中可降解有机物和难降解有机物，使之被摧毁、转化、降解。

1.7.2污泥制建材

通过干燥、部分燃烧、造粒和烧结过程可以制造出符合要求的轻质陶粒。该工艺的关键在控制烧结温度1000 ~1100℃，同时将残留碳的含量控制在0.5~1.0%之间。由日本荏原株式会社开发成功的污泥熔融系统将含水率为75%的脱水污泥经过干燥、熔融后制成与微晶玻璃类似的人造大理石，其外观、强度、耐热性均比熔融材料优，可作为建筑的内外装饰材料用。以污泥为原料制成的生态水泥工艺也引起了国内外的高度重视。在污泥制水泥的过程中，污泥中的有机成份和无机成份均得到了充分的应用，资源化效率高；同时由于水泥的需求量大，因此可以销纳较多的污泥。但是这种污泥中含氯盐较高会使钢筋锈蚀，应予以重视。

1.7.3污泥生物制氢技术

污泥生物制氢是利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气的原理进行的。根据微生物生长所需能源来源，污泥生物制氢主要包括光合生物制氢、发酵生物制氢两类。

光合生物制氢是指在一定的光照条件下，光合生物(一般包括细菌和藻类)分解底物产生氢气。厌氧发酵制氢是通过细菌利用多种底物在氮化酶或氢化酶的作用下将底物分解制取氢气。发酵法生物制氢技术较光合生物制氢技术更容易实现规模化和工业性生产。但是，生物制氢技术的整体研究水平仍处于基础和奠基阶段。

2污泥处理处置技术发展趋势

污泥的处理与处置已是当前环境科学中研究的热点之一。目前世界范围内常用的污泥处置方法有农用、填埋、投海、焚烧等。国际上，西方发达国家经济雄厚、技术先进，污泥处理与处置已经有近百年的历史，处理程度较高。各个国家和地区又根据自己的实际情况来选择某种较为合适的处理方法。例如，美国，从1972年政府颁布水净化条例以来，污泥量呈逐年增加趋势。目前，美国有超过16000座污水处理设施在运行，日处理污水量1.5亿m3，年产干污泥（干物质量）约710万t，其中大约60%农业利用，17%填埋，20%焚烧，3%用于矿山恢复的覆盖。欧盟，最初的污泥处理处置方式主要是填埋和土地利用。目前，欧盟已对填埋、投海等简单的处置方式下达禁令，并鼓励泥质符合公众健康和环境保护要求的污泥直接用于绿化、土地修复等用途，或将厌氧消化或好氧发酵处理后的污泥用于土地用途。目前，欧盟产生的污泥中大约55%土地利用、26%焚烧、16%填埋、3%采用其它方式进行处理处置。总的来说，欧盟污泥利用率不断上升，各成员国的污泥资源化利用项目也大幅增加。日本，污泥处理处置方式最初以农用和焚烧占主导。近年来，日本对污泥处理处置技术路线进行了战略调整，逐渐降低了污泥焚烧比例，并将研究和发展重点转向了污泥资源化利用,污泥焚烧灰分也用于生产建筑材料。因此可知，厌氧消化、好氧发酵、土地利用、建材制造等资源化处理处置技术将会是国际上污泥处理处置的研究重点，而保证污泥的资源化利用将是该领域的发展趋势。

在中国，由于经费和技术上的原因，与外国先进国家相比差距较大，在现有的污水处理设施中，有污泥稳定处理设施的不到25%，处理工艺和配套设备完善的不到10%。目前污泥总的状况还是以填埋、堆放为主。有资料表明，在建成的污水处理厂中90%以上没有污泥处理的配套设施，在一些地方，由于滥用污泥造成重金属、有机物污染以及病虫害等，直接危及人体健康，造成对环境的二次污染。目前国内基本是沿用垃圾处理的技术来处理污泥，各技术在国内所占的比例如下：土地利用占48.28%、填埋占34.48%、焚烧3.45%、未经过合理处置占13.79% [13]，总体状况以土地利用形式为主。我国污泥处理处置的起步较晚，污泥利用率不是很高，因此我国当前面临的问题是应尽快发展污泥处置技术来解决不断增长的污水污泥。

3 小结

对我国来说，我国地域辽阔，不同地区的自然环境、人文环境、产业结构和经济发展水平都不同，各地区应从自身特点出发，采取适宜的技术路线；同时依据国家相关政策和规范的要求，在参考借鉴国外的经验和教训，必须和国内的具体国情相结合，建议立足于我国国情，瞄准国际动态，将以污泥为生产原料或燃料并以污泥资源化和能源化为目的的相关领域作为我国重点和优先发展的领域，如污泥协同焚烧发电、厌氧消化制沼、好氧发酵、土地利用和建材生产等领域。

参考文献

1 牛樱，陈季华.剩余污泥处理技术[J].工业用水与废水，2000，5（31）：4-6.

3 李国鼎，金琦，杨基宏等.固体废物处理与资源化[M].清华大学出版社，120-158，1990

3 XinWang , Tao Chen et al. Studies on land application of sewage sludge and its limiting factors [J]. Journal of Hazardous Materials 2008,160:554558.

4 Coakley,P.C.E.R.Research on Sewage Sludge Carried Out in The Department of University Collage London.[J].Jounal Institute Sewage Purification,1995,59.

5 张自杰等.排水工程[M].中国建筑出版社，328-411.

6 申丘澈，名取真.污水污泥处理[M].中国建筑出版社，207-209.

7 郭淑琴，胡大卫，卢心虹等.介绍几种污泥热干化技术设备[J].中国给水排水，2003，19:5-6.

8 杨小文，杜英豪.污泥热干化在美国的应用[J].中国给水排水，2002，18:1-3.

9 D. Tarraso′ n, G. Ojeda *, O. Ortiz, J.M. Alcan˜ iz. Differences on nitrogen availability in a soil amended with fresh, composted and thermally-dried sewage sludge[J]. Bioresource Technology 99 (2008) 252259.

10 解光武，蔡明招，郑文芝.国内外污泥的处理与处置技术[J].环境技术，2003，5:24-27.

11 孙德智.环境工程中的高级氧化技术[M].北京:化学工业出版社，2002.

12 张光明，吴敏生，张维昊，张锡辉.城市污泥超声波处理技术[J].城市环境与城市生态，2003,16（6）:258-259.

13 王兴润. 国内外城镇污水厂污泥处理情况及我国有关经济技术政策.中国环境科学研究院.2009.06